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氣凝膠

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氣凝膠的工藝流程及干燥工藝有哪些?

發布時間:2019-01-30 19:37:18

       氣凝膠是一種具有納米多孔結構的新型材料,1931年由美國人Kistler.S.發明,因輕若薄霧藍色泛藍,又被稱為“藍煙”、“凍結的煙”,創下15項吉尼斯紀錄,在熱學、光學、電學、力學、聲學等領域顯示出許多奇特的性能,被稱為改變世界的神奇材料,被列入20世紀90年代以來10大熱門科學技術之一,是具有巨大應用價值的軍民兩用技術。

       氣凝膠因成分不同,主要有二氧化硅氣凝膠、氧化鋁氣凝膠、氧化鋯氣凝膠和碳氣凝膠等。當前二氧化硅氣凝膠的絕熱性能最為引人注目,技術也最為成熟,國內外氣凝膠的產業化發展大多圍繞二氧化硅氣凝膠絕熱應用展開。

       氣凝膠因納米多孔網絡結構,孔隙率高達80~99.8%,常溫25℃導熱系數可低達0.013w/(m•k),是迄今為止絕熱性能最好的材料,在航空航天、石油化工、電力冶金、船舶車輛、精密儀器、冰箱冷庫、服裝帳篷、建筑節能等領域的有廣闊的應用前景,是傳統隔熱材料革命性替代產品?!?/span>

   

氣凝膠制作工藝流程

氣凝膠制備包含以下過程:

氣凝膠制備的典型工藝過程

 

 氣凝膠制備的典型工藝過程

      氣凝膠性能主要由其納米孔洞結構決定,一般通過溶膠-凝膠工藝獲得所需納米孔洞和相應凝膠骨架,由于凝膠骨架內部的溶劑存在表面張力,在普通的干燥條件下會造成骨架的坍縮,氣凝膠制備技術核心在于避免干燥過程中由于毛細管力導致納米孔洞結構塌陷。

干燥

 

   

 對應地,為消除應力,一般可以從以下幾個方面采取措施:

措施

減小應力主要措施

 

      根據干燥工藝的不同,主要分為超臨界干燥工藝和常壓干燥工藝兩種,其他尚未實現批量生產技術還有真空冷凍干燥、亞臨界干燥等。

      超臨界干燥技術是最早實現批量制備氣凝膠技術,已經較為成熟,也是目前國內外氣凝膠企業采用較多的技術。超臨界干燥旨在通過壓力和溫度的控制,使溶劑在干燥過程中達到其本身的臨界點,形成一種超臨界流體,處于超臨界狀態的溶劑無明顯表面張力,從而可以實現凝膠在干燥過程中保持完好骨架結構。目前已經實現批產技術一般采用二氧化碳作為干燥介質,簡稱二氧化碳超臨界干燥技術。

      常壓干燥一種新型的氣凝膠制備工藝,是當前研究最活躍,發展潛力最大的氣凝膠批產技術。其原理是采用疏水基團對凝膠骨架進行改性,避免凝膠孔洞表面的硅羥基相互結合并提高彈性,同時采用低表面張力液體置換凝膠原來高比表面積的水或乙醇從而可以在常壓下直接干燥獲得性能優異的氣凝膠材料。

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